JPH0758163B2 - 機械的部材の測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技 術 分 野 本発明は回転対象形状を有するとともに２つの中心座を
有する機械的部材の幾何学的特徴を測定するための装置
に関する。この装置は座からの異なる位置において部材
と協働することによって測定される部材を支持する第１
支持装置と、第２支持装置と、第２支持装置に固定され
前記部材と協働する測定装置と、測定装置に連結され前
記幾何学的特徴を決定するための処理装置とを有してい
る。

本発明は、または回転対象形状を有しその両端の中心座
における特徴を有する部材の断面の偏芯度を測定する方
法に関する。この方法によれば、断面の中心が直線形状
を測定するための測定ヘッドの信号を電気的に処理すこ
とによって自動的に決定され、参照幾何学軸線（基準幾
何学軸線）が電気的に形成されるとともに、参照軸線
（基準線）からの前記中心までの距離が決定される。

背 景 技 術 静的または動的に（すなわち部材を静止させ、または回
転させて）、回転対象形状の機械部材の同心を、特定の
シャフトについて、総合的な機械的方法によって規定さ
れた幾何学的軸線を参照して測定することは公知であ
る。

この幾何学的軸線は、通常２つの精巧な中心点によって
形成される（この中心点は対応する支持装置を有してい
る）。またこの中心点はシャフトの両端の対応座と協働
して、その後の機械仕上段階においてシャフトの支持お
よび回転を行なう。機械仕上げには旋盤仕上または研摩
を含む。中心点の一方は、動的測定を行なうためモータ
駆動とすることができる。

いくつかの場合、理論的観点からいえば、中心座によっ
て形成された幾何学的軸線を参照軸線とすることがより
正しい。しかしながら、精巧な中心点および対応する支
持装置を作成することは困難でかつコスト増となる。こ
のような精巧な中心点および支持装置を作成するのは、
シャフトの異なる断面に対応する形状測定を行なう測定
装置すなわちヘッドに対して前記中心軸線が変位するこ
とを防止するためである。

従って、他の例においては、部材の２つの断面の中心点
を貫通する軸線として形成された幾何学的軸線を参照軸
線として考慮して測定が行なわれている。例えば、クラ
ンクシャフトにおいては、参照軸線は２つの測定ヘッド
の信号を処理することによって決定することができる。
この場合、測定ヘッドの各々はジャーナルの直径方向の
２つの半径方向形状を測定するため各々のジャーナルと
接触する２つの検知器を有している。

これらの測定ヘッドの信号は、部材の他の半径形状を測
定する更なる測定ヘッドの信号と組合せられる。部材は
Ｖ型支持装置によって支持されるか、または下方の精巧
な中心点により支持することができる。これは部材の瞬
間回転中心の可能な空間的変位が電気的に補正されるか
らである。

しかしながら、上述のように、機械仕上処理の相互作用
の測定を行なう特殊な場合、測定上の問題として、支持
中心点のための座によって形成された軸線を参照軸線と
して考慮することが求められている。

発明の開示 本発明の目的は、回転対象形状を有する、例えばシャフ
トのような部材の同心性のような幾何学的特徴を、対応
する中心座によって形成された幾何学的軸線を基準とし
て測定することができることであり、一方、高精度の中
心点および対応する支持装置によって部材を支持するこ
となく高い再現性と正確性を保証できることである。

特許請求の範囲によって特徴付けられた発明は回転対象
形状を有する部材の幾何学的軸線であって、対応する中
心座によって形成された軸線の位置を電気的方法で定め
るという問題を解決しており、またこの場合、部材は中
心点とは異なる支持装置により支持されている。

中心座によって形成された軸線の位置は、容易かつ連続
的に決定されるので、同一軸線の可能な変位は補正する
ことができる。このため、部材は下方の精巧な装置によ
り、支持されかつ回転する。１または２以上の座標に沿
った前記軸線の変位を測定することが可能となってい
る。更に本発明によれば、中心座間の距離を測定するよ
うに本装置および本方法を備えることは容易となってい
る。

図面の簡単な説明 本発明は以下の添付図面とともに示される非限定的な好
適実施例により詳述される。

第１図はシャフトの形状および幾何学的特徴を測定する
ための測定ベンチの概略正面図であり、 第２図は第１図のII−II線方向のベンチの概略断面図で
あり、 第３図はシャフトの中心座と協働する検知器を有する測
定部材を備えた第１図および第２図の詳細拡大図であ
り、 第４図は第３図のIV−IV線断面図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図の測定ベンチはベース１を有する第１支持装置を
備えている。このベース１は垂直サポート2,3を介して
２つのＶ型装置4,5を支持し、測定される部材への参照
体を支持し提供している。本実施例において、部材は、
異なる直径を有する複数部分からなるシャフト６から構
成されている。

シャフト６はＶ型装置4,5の上方から挿入されている。
部材６の装着は自動でもよいし手動でもよく、またベー
ス１に固着された案内部材7,8によって容易となってい
る。

水平軸、すなわちピン11の回りに回転自在に配設され、
シャフト６の下方に位置する（シャフト６が測定位置に
あるとき）２つのアーム9,10は、第２支持装置に連結さ
れた自由端を有している。この第２支持装置は支持およ
び案内フレーム12を有している。

フレーム12は測定ヘッド14,15,16、および17からなる測
定装置を支持しており、各々のヘッドはシャフト６の直
径で結んだ対向点と接触する２つの検知器を有してい
る。

第２図に示す実施例において、測定ヘッド14は一体に設
けられた支点22,23を中心として可動自在の２つのアー
ム20,21を備え、アーム20,21は先端に検知器24,25を保
持している。

各可動アーム20,21および中間支持体26に連結されて、
２つの位置変換器27,28の要素が設けられている。この
変換器27,28は検知器24,25によるシャフト６の半径の通
常値からの変位に対応する測定信号を出力するようにな
っている。

アーム9,10は制御ノブを支持する他のアームに連結され
ているが、これは単純化させるため図示しない。対応す
る測定ヘッド14−17を有するアーム9,10の休止および作
動位置は、機械的ストッパ（図示せず）により規制され
る。休止位置は第２図に破線により部分的に示す。

フレーム12によって支持された測定装置は、２つの測定
部材30,31からなっており、第２番目の部材を第３図お
よび第４図により示す。

測定部材31は、部材30と同様、３軸測定部材となってお
り、より正確にいえば３つの自由度を有する部材となっ
ている。

部材31の第１部分32は、ねじ34,35によってフレーム12
に固定されたベース33を有している。部分32は、ベース
33に一体に連結された２つのアーム37,38を有してい
る。アーム37はベース33に固着され、アーム38は幾何学
的軸線−第３図の紙面に垂直でかつ第４図の紙面に平行
な軸線−に対して限定された範囲内で回転変化するよう
になっている。この軸線は薄肉部、すなわち一体的支点
39によって形成されている。

アーム37,38の相互の変位は制限装置40,41によって制限
されている。

アーム37,38の相互の休止位置は、他の部材中において
ねじ42によって決定する。アーム38のこの休止位置から
の変位は、各々アーム37,38に連結された２つの部材を
有する位置変換器43によって測定される。

部材31の第２部分44は、アーム38の自由端に一体に連結
されている。（あるいはねじ装置によって連結されてい
るか溶着されている。）部分44はアーム38に固着された
ベース46とアーム47と、第３図の紙面に対して垂直な幾
何学的軸線に対して限定された範囲内で回転変化するア
ーム48とを備えている。この軸線は第４図の紙面に対し
て水平に配置されている。この軸線は薄肉部、すなわち
一体的支点50によって形成されている。

アーム47,48に連結されて、２つの制限装置51,52が設け
られ、制限装置52に連結されたスプリングおよび位置変
換器54が設けられている。

部材31の第３部分56は、アーム48に一体的に固着された
アーム57と、アーム48に薄肉部、すなわち一体的支点60
を介して連結されたアーム58を備えている。

一体的支点60は、第３図の紙面に対して水平に配置さ
れ、かつ第４図の紙面に対して垂直な軸線を形成してい
る。

アーム57,58に連結されて、２つの制限装置62,63、スプ
リング64、および位置変換器65が設けられている。

半球状の検知器67が、可動アームの端部に取付けられて
いる。

検知器67を形成する半球の直径は所定値を有するように
なっており、これによってシャフト６の端部の中央座
（中心点）の切頭円すい型端部70と協働するようになっ
ている。

第１図乃至第４図のベンチの作用は次のとおりである。

アーム9,10、フレーム12、測定ヘッド14〜17、および休
止位置にある部材30,31とともに、シャフト６が支持装
置４および５上に装着される。

アーム9,10および、これに連結された他の部材は、上述
のノブを制御することによって作動位置まで移動させら
れる。この結果、検知器67およびこれに対応する部材の
検知器72（第１図参照）は、座70およびシャフト６の他
端の中央座（中心点）内に侵入する。検知器67,72の挿
入は２つの参照装置75,76によって案内される。これら
の参照装置75,76はベース１に連結された支持装置77,78
に固着されている（第１図）。参照装置75,76は、また
検知器67,72の休止位置を定める。

もちろん、測定ヘッド14〜17の検知器は測定位置に達
し、シャフト６の対応する断面の直径上に対向する２点
と接触する。

次に、シャフト６が手動で回転する（少なくとも360
゜）。あるいはモータ駆動とすることもできる。この回
転中、位置変換器43,65および対応する測定部材30の変
換器が、シャフト６の軸線に直交する平面上の２つの垂
直軸に沿う変位を測定する。このシャフトの軸線は検知
器67,72とシャフトの対応する座とが協働することによ
って形成された軸線である。

変換器54と測定部材30の対応する変換器は、中央座に対
応するシャフト６の長さの通常値からの変位を検出する
ようになっており、その変位は第１図に示すように処理
表示装置80からなる処理装置内でそれ自体公知の信号処
理が行なわれる。

この装置80は、またケーブル81内に収納された導体を介
して、測定ヘッド14−17の信号、および測定部材30およ
び31の他の変換器の信号も受信する。これらの信号を公
知の方法で処理することにより、シャフト６の異なる部
分の直径の通常値からの変差を得ることができる。また
検知器67および72によって形成された軸線に対する同一
部分における偏芯状態を得ることができる。

測定部材30および31により、高精度が確保される。これ
は、検知器67および72の変位が、遊びや摩擦なく一体的
に形成された支点を介して得られるからである。これら
の変位は略３軸方向に生じ、それゆえこれらの組合せに
より空間中で生じる。

検知器67および72の対応する中心座との接触のみが摩擦
を伴なうが、この摩擦の影響は適切な設計および測定部
材30および31の精巧な機械仕上げにより無視できる。

もちろん、測定部材30および31は、中央座によって規定
された軸線の変位の１要素を測定すれば十分である場合
は、単一の変換器を有すれば良い。またこれらの変位の
２つの要素または１つの要素およびシャフトの長さを測
定する必要がある場合は、２つの変換器を有することが
できる。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つの端部中心点を有する回転対象形状の
   機械部材の異なる横断面における同心性等の幾何学的特
   徴を測定する装置であって、 測定される部材を支持するとともに、端部中心点とは異
   なる位置において部材と協働する第１支持装置（１−
   ５）と； 第２支持装置（12）と； 第２支持装置（12）に固着されるとともに、部材（６）
   と協働する測定装置（30,31）と； 部材の幾何学的特徴を決定するよう測定装置（30,31）
   に連結された処理装置（80）と；を備えた装置におい
   て、 前記測定装置は２つの測定ヘッド（30,31）を備え、こ
   のヘッドの各々は第２支持装置（12）に固着されたベー
   ス（33）と、ベースに取付けられたアーム（37,38,47,4
   8,57,58）と、アームにより保持されるとともに前記端
   部中心点（70）の対応する一つの協働する検知器（67,7
   2）と、検知器（67,72）がベース（33）に対して略三次
   元方向に変位可能なように設けられた支点（39,50,60）
   と、を有し、 処理装置（80）は前記測定ヘッド（30,31）に連結され
   るとともに、前記端部中心点によって形成された部材の
   幾何学的軸線位置を決定することを特徴とする装置。
2. 【請求項２】第１支持装置（１−５）は部材（６）を支
   持するとともに回転させるＶ型基準装置を備えているこ
   とを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】前記測定装置（14−17,30,31）は略直径方
   向に沿って部材（６）と協働する測定ヘッド（14−17）
   を更に備え、これによって組合せ測定のための測定信号
   を提供するとともに、第２支持装置は前記２つの測定ヘ
   ッドおよび更なる測定ヘッドのための共通サポート（1
   2）を備えていることを特徴とする請求項１記載の装
   置。
4. 【請求項４】前記支点は、検知器の変位を可能とする３
   つの一体型支点（39,50,60）を備えていることを特徴と
   する請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】２つの測定ヘッド（30,31）の各々は、前
   記三次元方向のうちの少なくとも１つの方向に沿う対応
   検知器（67）の変位を検出するための位置変換器（43,5
   4,65）を備えていることを特徴とする請求項１記載の装
   置。
6. 【請求項６】２つの測定ヘッド（30,31）の各々は２つ
   の位置変換器（43,54,65）を有し、これによって部材
   （６）の略幾何学的軸線方向およびこれに直交する方向
   における検知器の変位を検出することを特徴とする請求
   項１記載の装置。
7. 【請求項７】処理装置（80）は前記２つの測定ヘッド
   （30,31）の検知器（67,72）に対応して部材（６）の長
   さを測定することを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】円筒表面を有する座（70）を有する部材
   （６）を測定するとともに、前記検知器（67,72）は略
   半球面状となっており、これによって座の円筒表面に対
   して正しく中心合せできるようになっていることを特徴
   とする請求項１記載の装置。
9. 【請求項９】前記更なる測定ヘッド（14−17）は部材の
   横断面および長手断面に対応する部材（６）の少なくと
   も２つの半径形状に対応する信号を出力し、また前記２
   つの測定ヘッド（30,31）は前記長手断面に対応する平
   面における部材の前記軸線の変位に対応する信号を出力
   し、処理装置（80）は前記更なる測定ヘッド（14−17）
   および２つの測定ヘッド（30,31）の信号を処理するよ
   うになっており、これによって部材の前記軸線からの前
   記横断面の偏心を測定することを特徴とする請求項３記
   載の装置。
10. 【請求項１０】処理装置（80）は第１支持装置（１−
    ５）上で回転する部材の前記幾何学的特徴を測定するも
    のであることを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 【請求項１１】更なる測定ヘッド（14−17）のうち、少
    なくとも１つは２つの可動アーム（20,21）と、このア
    ームに支持された部材（６）の直径方向に対向する２点
    に接触する２つの検知器（24,25）を有し、これにより
    部材（６）の半径方向の形状の変化に応じて測定信号を
    出力することを特徴とする請求項３記載の装置。
12. 【請求項１２】回転対象形状を有し、かつ両端において
    端部中心点を有する部材の横断面の同心性を測定する方
    法において、 部材を前記端部中心点と異なる位置で支持しながら所定
    の測定位置に部材を配置する工程と、 前記横断面の部材の直線的形状を第１測定装置（14−1
    7）によって測定し電気的測定信号を発する工程と、 前記測定信号を処理して前記横断面の中心を検出する工
    程と、 各々がベース（33）と、端部中心点の一つと直接接触す
    る検知器（67,72）とを有するとともに、検知器（67,7
    2）がベースを基準として三次元の測定方向に沿って変
    位可能な２つの測定ヘッド（30,31）によって、端部中
    心点の位置を検出して幾何学的基準軸線を電気的に決定
    する工程と、 この幾何学的基準軸線から横断面の中心までの距離を決
    定する工程と、 を備えたことを特徴とする方法。